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電磁幹擾與電磁兼容的測量和判斷方法

-2019-09-27-

當你的av电影在线由于電磁幹擾發射強度超過電磁兼容標准規定而不能出廠時,或當由于電路模塊之間的電磁幹擾,系統不能正常工作時,我們就要解決電磁幹擾的問題。要解決電磁幹擾問題,首先要能夠“看”到電磁幹擾,了解電磁幹擾的幅度和發生源。本文要介紹有關電磁幹擾測量和判斷幹擾發生源的的方法。

1.測量儀器

談到測量電信號,電氣工程師首先想到的可能就是示波器。示波器是一種將電壓幅度隨時間變化的規律顯示出來的儀器,它相當于電氣工程師的眼睛,使你能夠看到線路中電流和電壓的變化規律,從而掌握電路的工作狀態。但是示波器並不是電磁幹擾測量與診斷的理想工具。這是因爲

A. 所有電磁兼容標准中的電磁幹擾極限值都是在頻域中定義的,而示波器顯示出的時域波形。因此測試得到的結果無法直接與標准比較。爲了將測試結果與標准相比較,必須將時域波形變換爲頻域頻譜。

B. 电磁干扰相对于电路的工作信号往往都是较小的,并且电磁干扰的频率往往比信号高,而当一些幅度较低的高频信号叠加在一个幅度较大的低频信号时,用示波器是无法进行测量 :。

C. 示波器的靈敏度在mV級,而由天線接收到的電磁幹擾的幅度通常爲V級,因此示波器不能滿足靈敏度的要求。

測量電磁幹擾更合適的儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化的規律顯示出來的儀器,它顯示的波形稱爲頻譜。頻譜分析儀克服了示波器在測量電磁幹擾中的缺點,它能夠精確測量各個頻率上的幹擾強度。

對于電磁幹擾問題的分析而言,頻譜分析儀是比示波器更有用的儀器。而用頻譜分析儀可以直接顯示出信號的各個頻譜分量。

1.1 頻譜分析儀的原理

頻譜分析儀是一台在一定頻率範圍內掃描接收的接收機。

頻譜分析儀采用頻率掃描超外差的工作方式。混頻器將天線上接收到的信號與本振産生的信號混頻,當混頻的頻率等于中頻時,AZ這個信號可以通過中頻放大器,被放大後,進行峰值檢波。檢波後的信號被視頻放大器進行放大,然後顯示出來。由于本振電路的振蕩頻率隨著時間變化,因此頻譜分析儀在不同的時間接收的頻率是不同的。當本振振蕩器的頻率隨著時間進行掃描時,屏幕上就顯示出了被測信號在不同頻率上的幅度,將不同頻率上信號的幅度記錄下來,就得到了被測信號的頻譜。

根據這個頻譜,就能夠知道被測設備是否有超過標准規定的幹擾發射,或産生幹擾的信號頻率是多少。

1.2  频谱分析仪的使用方法

要獲得正確的測量結果,必須正確地操作頻譜分析儀。本節簡單介紹頻譜分析儀的使用方法。正確使用頻譜分析儀的關鍵是正確設置頻譜分析儀的各個參數。下面解釋頻譜分析儀中主要參數的意義和設置方法。

頻率掃描範圍:

規定了頻譜分析儀掃描頻率的上限和下限。通過調整掃描頻率範圍,可以對感興趣的頻率進行細致的觀察。掃描頻率範圍越寬,則掃描一遍所需要時間越長,頻譜上各點的測量精度越低,因此,在可能的情況下,盡量使用較小的頻率範圍。在設置這個參數時,可以通過設置掃描開始頻率和終止頻率來確定,例如:start frequency = 1MHz, stop frequency = 11MHz。也可以通过设置扫描中心频率和频率范围来确定,例如:center frequency = 6MHz, span = 10MHz。这两种设置的结果是一样的。

中頻分辨帶寬:

規定了頻譜分析儀的中頻帶寬,這項指標決定了儀器的選擇性和掃描時間。調整分辨帶寬可以達到兩個目的,一個是提高儀器的選擇性,以便對頻率相距很近的兩個信號進行區別。另一個目的是提高儀器的靈敏度。因爲任何電路都有熱噪聲,這些噪聲會將微弱信號淹沒,而使儀器無法觀察微弱信號。噪聲的幅度與儀器的通頻帶寬成正比,帶寬越寬,則噪聲越大。因此減小儀器的分辨帶寬可以減小儀器本身的噪聲,從而增強對微弱信號的檢測能力。
分辨帶寬一般以3dB帶寬來表示。當分辨帶寬變化時,屏幕上顯示的信號幅度可能會發變化。若測量信號的帶寬大于通頻帶帶寬,則當帶寬增加時,由于通過中頻放大器的信號總能量增加,顯示幅度會有所增加。若測量信號的帶寬小于通頻帶寬,如對于單根譜線的信號,則不管分辨帶寬怎樣變化,顯示信號的幅度都不會發生變化。信號帶寬超過中頻帶寬的信號稱爲寬帶信號,信號帶寬小于中頻帶寬的信號稱爲窄帶信號。根據信號是寬帶信號還是窄帶信號能夠有效地定位幹擾源。

掃描時間:

儀器接收的信號從掃描頻率範圍的低端掃描到高端所使用的時間叫做掃描時間。掃描時間與掃描頻率範圍是相匹配的。如果掃描時間過短,測量到的信號幅度比實際的信號幅度要小。

視頻帶寬:

視頻帶寬的作用與中頻帶寬相同,可以減小儀器本身的帶內噪聲,從而提高儀器對微弱信號的檢測能力。

2.用頻譜分析儀分析幹擾的來源

2.1  根据干扰信号的频率确定干扰源

在解決電磁幹擾問題時,重要的一個問題是判斷幹擾的來源,只有准確將幹擾源定位後,才能夠提出解決幹擾的措施。根據信號的頻率來確定幹擾源是簡單的方法,因爲在信號的所有特征中,頻率特征是穩定的,並且電路設計人員往往對電路中各個部位的信號頻率都十分清楚。因此,只要知道了幹擾信號的頻率,就能夠推測出幹擾是哪個部位産生的。

對于電磁幹擾信號,由于其幅度往往遠小于正常工作信號,因此用示波器很難測量到幹擾信號的頻率。特別是當較小的幹擾信號疊加在較大的工作信號上時,示波器無法與幹擾信號同步,因此不可能得到准確的幹擾信號頻率。

而用頻譜分析儀做這種測量是十分簡單的。由于頻譜分析儀的中頻帶寬較窄,因此能夠將與幹擾信號頻率不同的信號濾除掉,精確地測量出幹擾信號頻率,從而判斷産生幹擾信號的電路。

2.2  根据干扰信号的带宽确定干扰源

判斷幹擾信號的帶寬也是判斷幹擾源的有效方法。例如,在一個寬帶源的發射中可能存在一個單個高強度信號,VPS如果能够判断这个高强度信号是窄带信号,则它不可能是从宽带发射源产生的。干扰源可能是电源中的振蕩器,或工作不稳定的电路,或谐振电路。当在仪器的通频带中只有一根谱线时,就可以断定这个信号是窄带信号。

根據傅立葉變換,單根的譜線所對應的信號是周期信號。因此,當遇到單根譜線時,就要將注意力集中到電路中的周期信號電路上。

3.用近場測試方法確定輻射源

除了上述的根据信号特征判断干扰源的方法以外,在近场区查找辐射源可以直接发现干扰源。在近场区查找辐射源的工具有近场探头和電流卡钳。检查电缆上的发射源要使用電流卡钳,检查机箱缝隙的泄漏要使用近场探头。

3.1 電流卡钳与近场探头

電流探头是利用变压器原理制造的能够检测导线上電流的傳感器。当電流探头卡在被测导线上时,导线相当于变压器的初级,探头中的线圈相当于变压器的次级。导线上的信号電流在電流探头的线圈上感应出電流,在仪器的输入端产生电压。于是频谱分析仪的屏幕上就可以看到干扰信号的频谱。仪器上读到的电压值与导线中的電流值通过传输阻抗换算。传输阻抗定义为:仪器50? 输入阻抗上感应的电压与导线中的電流之比。对于一个具体的探头,可以从厂家提供的探头说明书中查到它的转移阻抗ZT。因此,导线中的電流等于:

I = V / ZT

如果公式中的所有物理量都用dB表示,則直接相減。

對于機箱的泄漏,要用近場探頭進行探測。近場探頭可以看成是很小的環形天線。由于它很小,因此靈敏度很低,僅能對近場的輻射源進行探測。這樣有利于對輻射源進行精確定位。由于近場探頭的靈敏度較低,因此在使用時要與前置放大器配套使用。

3.2  用電流卡钳检测共模電流

设备产生辐射的主要原因之一是电缆上有共模電流。KEY因此當設備或系統有超標發射時,首先應該懷疑的就是設備上外拖的各種電纜。這些電纜包括電源線電纜和設備之間的互連電纜。
将電流探头卡在电缆上,这时由于探头同时卡住了信号线和回流线,因此差模電流不会感应出电压,仪器上读出的电压仅代表共模電流。

测量共模電流时,在屏蔽室中进行。如果不在屏蔽室中,周围环境中的电磁场会在电缆上感应出電流,造成误判断。因此应首先将设备的电源断开,在设备没有加电的状态下测量电缆上的背景電流,并记录下来,以便与设备加电后测量的结果进行比较,排除背景的影响。

如果在用天線進行測量時將頻譜分析儀的掃描頻率局限感興趣的頻率周圍很小的範圍內,則可以排除環境中的幹擾。

3.3  用近场探头检测机箱的泄漏

如果设备上外拖电缆上没有较强的共模電流,就要检查设备机箱上是否有电磁泄漏。检查机箱泄漏的工具是近场探头。将近场探头靠近机箱上的接缝和开口处,观察频谱分析仪上是否有感兴趣的信号出现。一般由于探头的灵敏度较低,即使用了放大器,很弱的信号在探头中感应的电压也很低,因此在测量时要将频谱分析仪的灵敏度调得尽量高。根据前面的讨论,减小频谱分析仪的分辨带宽能够提高仪器的灵敏度。但是要注意的是,当分辨带宽很窄时,扫描时间会变得很长。为了缩短扫描时间,提高检测效率,应该使频谱分析仪的扫描频率范围尽量小。因此一般在用近场探头检测机箱泄漏时,都是首先用天线测出泄漏信号的精确频率,然后使仪器用尽量小的扫描频率范围覆盖住这个干扰频率。这样做的另一个好处是不会将背景干扰误判为泄漏信号。
對于機箱而言,靠近濾波器安装位置的缝隙是容易产生电磁泄漏的。因为濾波器将信号线上的干扰信号旁路到机箱上,在机箱上形成较强的干扰電流,这些電流流过缝隙时,就会在缝隙处产生电磁泄漏。

4.容易犯的錯誤

當設備不能滿足有關的電磁兼容標准時,就要對設備産生超標發射的原因進行調查,然後進行排除。在這個過程中,經常發現許多人經過長時間的努力,仍然沒有排除故障。造成這種情況的原因是診斷工作陷入了“死循環”。這種情況可以用下面的例子說明。

假設一個系統在測試時出現了超標發射,使系統不能滿足電磁兼容標准中對電磁輻射的限制。經過初步調查,原因可能有4個,它們分別是:

主機與鍵盤之間的互連電纜(電纜1)上的共模電流产生的辐射
主機與打印機之間的互連電纜(電纜2)上的共模電流产生的辐射
機箱面板與機箱基體之間的縫隙(開口1)産生的泄漏
某顯示窗口(開口2)産生泄漏

在診斷時,首先在電纜1上套一個鐵氧體磁環,以減小共模輻射,結果發現頻譜儀屏幕上顯示的信號並沒有明顯減小。于是試驗人員認爲電纜1不是一個主要的泄漏源,將鐵氧體磁環取下,套在電纜2上,結果發現頻譜儀屏幕上顯示的信號還沒有明顯減小。結果試驗人員得出結論,電纜不是泄漏源。

于是再對機箱上的泄漏進行檢查。用屏蔽膠帶將開口1堵上,發現頻譜儀屏幕上顯示的信號沒有明顯減小。試驗人員認爲開口1不是主要泄漏源,將屏蔽膠帶取下,堵到開口2上。結果頻譜儀上的顯示信號還沒有減小。試驗人員一籌莫展。之所以會發生這個問題,是因爲試驗人員忽視了頻譜分析儀上顯示的信號幅度是以dB爲單位顯示的。下面我們看一下爲什麽會有這種現象。

假設這4個泄漏源所占的成分各占1/4,並且在每個輻射源上采取的措施能夠將這個輻射源完全抑制掉。則我們采取以上4個措施中的一個時,頻譜儀上顯示信號降低的幅度ΔA爲:

ΔA = 20 lg ( 4 / 3 ) = 2.5 dB

幅度減小這麽少,顯然是微不足道的。但這卻已經將泄漏減少了25%。

正確的方法是,當對一個可能的泄漏源采取了抑制措施後,即使沒有明顯的改善,也不要將這個措施去掉,繼續對可能的泄漏源采取措施。當采取到某個措施時,如果幹擾幅度降低很多,並不一定說明這個泄漏源是主要的,而僅說明這個幹擾源是一個。按照這個步驟對4個泄漏源逐個處理的結果如圖1所示。

在前面的敘述中,我們假定對某個泄漏源采取措施後,這個泄漏源被消除掉,如果这样,当一个泄漏源去掉后,电磁干扰的减小应为无限大。实际这是不可能的。我们在采取任何一个措施时,都不可能将干扰源消除。泄漏源去掉的程度可以是99% ,或99.9% ,甚至99.99以上,而决不可能是完全 !所以当一个泄漏源去掉后,尽管改善很大,但仍是有限值。

當設備完全符合有關的規定後,如果爲了降低av电影在线成本,減少不必要的器件,可以將采取的措施逐個去掉。首先應該考慮去掉的是成本較高器件/材料,或在正式av电影在线上難于實現的措施。如果去掉後,av电影在线的電磁發射並沒有超標,就可以去掉這個措施。通過試驗,使av电影在线成本降到低。

5.av电影在线電磁兼容測試診斷步驟

電磁兼容測試一般首先測量幹擾發射,因爲幹擾發射的試驗費用一般比敏感度試驗費用低。另外當設備的幹擾發射能夠滿足要求時,往往敏感度也不會有大的問題。因爲幾乎所有的解決幹擾發射的措施同樣對改善敏感度有效。

测量干扰发射时要先测量传导发射,不仅要在标准规定的频率范围内测量,还要对更高的频率进行摸底测量。当电源线上有较强的干扰電流时,要先解决这个问题。因为这些传导干扰電流会借助导线的天线作用产生辐射,导致辐射发射不合格。

當傳導發射完全合格後,再進行輻射發射測試。對于輻射發射不合格的頻率,要記錄下精確頻率,便于在用近場探頭查找問題時,將頻譜分析儀的掃描範圍設置在幹擾頻率附近。